【摘要】：隨著軌道車輛的高速化發(fā)展,對車體材料的要求越來越高。鋁合金具有耐蝕性好、比強度高、拉伸性能好等特點,在軌道車輛車體上的應用得到世界各國的認可。由于鋁合金的熱導率大、熱膨脹系數(shù)大等特點,焊接時極易產(chǎn)生焊接熱裂紋,給軌道車輛生產(chǎn)帶來了一定的困難。因此,分析鋁合金焊件幾何形狀與焊接變形、殘余應力應變的關系,對以減小焊接變形和殘余應力為目的的高質(zhì)量軌道車輛鋁合金焊件結(jié)構(gòu)設計的選擇上具有一定的指導作用。本文在ABAQUS平臺上,以5052鋁合金管狀焊件和板狀焊件作為模擬對象,熱 彈 塑性有限元數(shù)值分析理論為基礎,考慮材料的熱物理性能非線性和幾何非線性,建立三維有限元模型。采用充分考慮溫度場和應力變形場雙向耦合作用的直接耦合法,考察焊接速度為10mm/s、11mm/s和熱源功率為1540w、1820w下焊件焊后溫度場、塑性應變場分布變化,得出基于直接耦合法探究的焊接工藝參數(shù)對鋁合金焊件焊接影響的相關結(jié)論。在此基礎上,選擇熱源功率為1820w和焊接速度為10mm/s,以直接耦合法展開對板狀焊件和管狀焊件的溫度場、應力場和焊接變形的考察,分析不同幾何形狀焊件的焊接熱輸入和焊接熱損失的平衡狀態(tài),就溫度場和拘束度雙方面作用對比不同幾何形狀的鋁合金焊件的焊接變形量和殘余應力的大小。通過以上相關的模擬,實現(xiàn)鋁合金焊件不同幾何形狀對焊接變形和殘余應力影響的研究探索。根據(jù)模擬研究得出:焊接速度在一定范圍內(nèi)的改變對鋁合金板狀焊件縱向殘余應力的分布影響較小,而對橫向殘余應力分布影響較大,最大應力改變幅度為3MPa,改變量占比31%。熱源功率在一定范圍的改變使得焊接殘余應力差異性在橫向分布上表現(xiàn)明顯,而在縱向分布上表現(xiàn)不明顯,橫向殘余應力最大改變幅度為21MPa,改變量占比181%。同時焊件幾何形狀的不同,主要引起焊接時溫度場和拘束度雙方面的不同而產(chǎn)生對焊接變形和殘余應力的影響。一方面幾何形狀的不同導致焊件的拘束度不一樣,影響焊接時的塑性變形,進而影響殘余應力。另一方面幾何形狀對焊件和外界的熱交換的影響也較大,溫度最大改變幅度在形成穩(wěn)定熔池階段,為191℃,最大改變占比在冷卻階段,為122%。相應的影響焊件在高溫階段時長,溫度場的不同,影響焊件的材料性能,這樣屈服強度處于低值的時間不等,因而發(fā)生最大塑性變形量也不一致,松弛了焊件整體內(nèi)應力的量也不等,所以會影響焊后殘余應力。模擬的兩焊件最大變形量相差1.35mm,最大改變占比為540%。雙方面影響的大小還得視具體的形狀改變量來判定。
【圖文】：

動準則是表示材料達到屈服后，塑性變形增量的方向的假定，在三個方分量分別為 、 、 。此準則時基于塑性變形具有相關的塑性應變= （2中， ──塑性乘子；── 對 的偏導；──塑性應變的增加量；．強化準則服強化準則材料屈服法則隨著塑性應變增加過程的準則，通常用來衡大小，其常用分為以下兩種準則：1）等向強化準則圖 2-1（a）所示，屈服面以一定的基準點和相同的形狀均勻向外擴張為等向強化準則，此準則以材料受到的最大屈服拉應力與受到的屈服為基礎展開的。

25圖 3-2 5052 鋁合金熱物理參數(shù)合金具有優(yōu)良的耐腐蝕性、成型性和焊接性，，適用于方法，主要的化學成分為 Mg 和 Al，其相關的化學成分表 3-1 5052 鋁合金化學成分Cu Mn Mg Cr Zn F0.10 0.10 2.20-2.80 0.15-0.35 0.10 0.型的選擇BAQUS 平臺對焊件進行焊接數(shù)值模擬時，由于該軟件
【學位授予單位】：重慶交通大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TG404;U270.6

【參考文獻】

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1 李瑞英;趙明;吳春梅;;基于SYSWELD的雙橢球熱源模型參數(shù)的確定[J];焊接學報;2014年10期

2 趙晟;陳震;羅宇;;高階單元在焊接熱彈塑性有限元分析中的應用[J];焊接學報;2014年01期

3 王能慶;童彥剛;鄧德安;;熱源形狀參數(shù)對薄板焊接殘余應力和變形的影響[J];焊接學報;2012年12期

4 宮大猛;雷毅;;數(shù)值模擬在焊接中的應用分析[J];電焊機;2012年06期

5 王巖;湯小紅;;鋁合金焊接應力與變形數(shù)值分析綜述[J];焊接技術;2012年01期

6 李培麟;陸?zhàn)?;雙橢球熱源參數(shù)的敏感性分析及預測[J];焊接學報;2011年11期

7 廖志謙;劉希林;周川;張建欣;;鈦合金大厚板窄間隙焊接接頭三維應力數(shù)值模擬計算[J];中國有色金屬學報;2010年S1期

8 周晶;常保華;張驊;都東;;采用固有應變法預測鋁合金焊接變形[J];焊接技術;2010年06期

9 楊建國;陳緒輝;張學秋;;高能束焊接數(shù)值模擬可變新型熱源模型的建立[J];焊接學報;2010年02期

10 韓曉輝;;高速列車鋁合金車體焊接缺陷分析及工藝研究[J];焊接技術;2009年03期

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1 王冬;孫國芹;曹方莉;;鋁合金焊件疲勞宏微觀性能的研究[A];2012年海峽兩岸破壞科學/材料試驗學術會議論文摘要集[C];2012年

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1 賈栗;工字鋼—端板組焊結(jié)構(gòu)焊接殘余應力有限元分析[D];山東大學;2013年

2 李婭娜;焊接變形預測與控制的數(shù)值方法研究及工程應用[D];大連交通大學;2010年

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1 馬鋒;基于ABAQUS平臺對鋁合金焊接變形和應力的數(shù)值模擬及研究[D];重慶交通大學;2016年

2 彭桂蒸;大面積薄鋼板焊接殘余應力的性能分析與試驗研究[D];青島理工大學;2010年

3 程績;焊接三維殘余應力的檢測與數(shù)值模擬[D];重慶大學;2010年

本文編號：2691326